半导体物理

对于非简并的n型半导体，如果把导带中的所有可能被电子占据的能级都归并到导带底（Ec）这一条能量水平线上（设归并到一起的能级的密度为Nc），那么电子占据各条能级的几率就都将一样（等于exp[－(Ec－Ef)/(kT)]），于是就可直接写出导带电子的浓度与Fermi能级的关系为no=Nc exp[-(Ec-Ef)/kT].

当然，这时归并到导带底的有可能被占据的能级的密度（Nc）必然不等于整个导带的能级密度，则称Nc为导带的有效能级密度（或者有效状态密度）。因为温度越高，电子的能量就越大，则在导带中有可能占据的能级数目就越多，故有效能级密度与温度T有关；仔细的分析可给出为Nc=2(2πm*kT/h2)3/2,式中的h是Planck常数，m*是电子的所谓状态密度有效质量，T是绝对温度。

在室温下，对于Si，Nc=2.8×1019cm–3；对于GaAs，Nc=4.7×1017cm–3。可见，Nc比晶体的原子密度（5×1022 cm–3）要小得多。这就表明，在非简并情况下，载流子只是占据导带中的很少一部分能级（这时电子基本上就处在导带底附近）。

热缺陷是由于晶体中的原子(或离子)的热运动而造成的缺陷,从几何图形上看是一种点缺陷,热缺陷的数量与温度有关，温度愈高，造成缺陷的机会愈多。晶体中热缺陷有2种形态，一是肖脱基(Schotty)缺陷，2是弗仑克尔(Frenkel)缺陷。

1)肖脱基缺陷

由于热运动，晶体中阳离子及阴离子脱离平衡位置，跑到晶体表面或晶界位置上，构成一层新的界面，而产生阳离子空位及阴离子空位，不过，这些阳离子空位与阴离子空位是符合晶体化学计量比的。如：MgO晶体中，形成Mg2+和O2-空位数相等。而在TiO2中，每形成一个Ti4+离子空位，就形成两个O2-离子空位。肖脱基缺陷实际产生过程是：由于靠近表面层的离子热运动到新的晶面后产生空位，然后，内部邻近的离子再进入这个空位，这样逐步进行而造成缺陷。

2）弗仑克尔缺陷

弗仑克尔缺陷形成过程为：一种离子脱离平衡位置挤入晶体的间隙位置中去，形成所谓间隙（或称填隙）离子，而原来位置形成了阳离子或阴离子空位。这种缺陷的特点是间隙离子和空位是成对出现的。弗仑克尔缺陷除与温度有关外，与晶体本身结构也有很大关系，若晶体中间隙位置较大，则易形成弗仑克尔缺陷。如AgBr比NaCl易形成这种缺陷。

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